CN205066935U - 实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，涉及微弱光探测技术领域。所述装置包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，所述多通道光电探测装置的第n个通道的输出端连接的放大器的增益为G_2n，G_2n＝G÷G_1n，G_1n为所述多通道光电探测装置的第n个通道的原始增益，G为所述多通道光电探测装置的每个通道的整体增益。本实用新型实施例提供的装置，可以实现每个通道的整体增益一致，使得在多通道光电探测装置的输出端采集的信号一致性很高。

Description

实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置

技术领域

本实用新型涉及微弱光探测技术领域，具体而言，涉及一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置。

背景技术

光电探测器/装置包括多阳极光电倍增管、多通道光子计数管(MultiPixelPhotoCounter，MPPC)或者多通道的雪崩光电二极管(AvalanchePhotoDiode，APD)，其作用是将光信号转化成对应的电信号。发明人在研究中发现，由于多通道光电探测器/装置的每个通道的转换增益是不一样的，有些会相差几倍的增益，因此导致了同样光信号入射到不同的通道后，其对应转化输出的电压或者电流信号的大小不一样，进而导致后端的信号采集存在较大的不一致性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，以改善上述问题，实现多通道光电探测装置的整体增益一致性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，所述多通道光电探测装置的第n个通道的输出端连接的放大器的增益为G_2n，G_2n＝G÷G_1n，其中，G_1n为所述多通道光电探测装置的第n个通道的原始增益，G为所述多通道光电探测装置的每个通道的整体增益，n为自然数。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，每个通道的输出端连接的放大器为增益独立可调的放大器。

通过在各个通道的输出端连接增益独立可调的放大器，用于对各通道输出的信号进行相应程度的增益补偿，实现方式简单。

结合第一方面的第一可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，所述放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。

放大器可以直接采用运算放大器，实现方式简单，但存在的缺点是采用运算放大器进行增益补偿至少需要两个运算放大器，这样就会导致装置的体积较大，功耗较大。作为另一种实施方式，将放大器设计为信号放大电路和信号衰减电路两部分，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，三极管对每个通道输出的信号进行信号放大，再通过衰减电阻对放大后的信号进行衰减，以使得每个通道输出的信号的整体增益相一致。采用三极管与衰减电阻配合使用的方式对信号进行增益补偿，极大的减小了整个装置的结构尺寸，降低了整个装置的功耗及产生的热能，对于电子产品而言具有重要意义。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述三极管为微波三极管。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，每个通道的输出端连接的放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，相邻的至少两个通道的输出端连接的放大器共用一个所述信号放大电路，每个通道的输出端连接的放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。

本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，通过在多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，放大器对该通道输出的信号进行不同程度的信号放大，可以实现每个通道的整体增益一致，使得在多通道光电探测装置的输出端采集的信号一致性很高。

进一步地，本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，通过将放大器布置为由信号放大电路和信号衰减电路组成，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，利用三极管和衰减电阻分别对信号进行放大和衰减，以使得每个通道输出的信号的整体增益相一致。采用三极管与衰减电阻配合使用的方式对信号进行增益补偿，使得整个实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置的体积较小，且功耗较低。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置的组成结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的另一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置的组成结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的又一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置的组成结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实用新型人在研究中发现，由于多通道光电探测器/装置的每个通道的转换增益是不一样的，有些会相差几倍的增益，因此导致了同样光信号入射到不同的通道后，其对应转化输出的电压或者电流信号的大小不一样，进而导致后端的信号采集存在较大的不一致性，不利于信号的检测。

基于此，实用新型人想到了采用软件补偿的方式，就是把采集到的信号使用计算机来修正，但是经过尝试发现，这样做效果很有限，毕竟信号本身就先天不足，计算机再怎么补偿，其信噪比不会变好。

基于此，实用新型人经过不断研究，提出了本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，通过将每个通道输出的信号进行不同程度的放大，以使得每个通道的整体增益保持一致。

本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，所述多通道光电探测装置的第n个通道的输出端连接的放大器的增益为G_2n，G_2n＝G÷G_1n，其中，G_1n为所述多通道光电探测装置的第n个通道的原始增益，G为所述多通道光电探测装置的每个通道的整体增益，n为自然数。

例如，通道1的原始增益为G₁₁，即入射至多通道光电探测装置的通道1的光信号经过转换后变为增益为G₁₁的电信号，通道1的输出端连接的放大器的增益为G₂₁，则增益为G₁₁的电信号经过放大器的放大后整体增益为G(G＝G₂₁×G₁₁)的电信号。通道2的原始增益为G₁₂，即入射至多通道光电探测装置的通道2的光信号经过转换后变为增益为G₁₂的电信号，通道2的输出端连接的放大器的增益为G₂₂，则增益为G₁₂的电信号经过放大器的放大后整体增益为G(G＝G₂₂×G₁₂)的电信号。通过将每个通道输出的信号进行不同程度的放大，实现了每个通道输出的信号的整体增益保持一致。

具体的，参见图1，作为一种实施方式，本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，可以包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，其中，每个通道的输出端连接的放大器为增益独立可调的放大器，即每个通道的输出端连接的放大器分别为独立的放大器。所述多通道光电探测装置的第n个通道的输出端连接的放大器的增益为G_2n。

放大器或增益独立可调的放大器可以是任意可实现信号放大的设备，例如，作为具体的一种实施方式，增益独立可调的放大器可以采用运算放大器实现。通过上述方式实现对各个通道输出的信号放大，进行不同程度的增益补偿，可以实现各个通道的整体增益一致，且实现方式简单，只需要在各个通道的输出端配置相应增益的运算放大器即可。

但是经过实物的试验检测，实用新型人在研究中进一步发现，采用运算放大器实现时需要采用至少两个运算放大器，导致装置的体积较大，且通道越多需要的运算放大器就越多，使得整个装置的结构也就越大；此外，每个运算放大器都要工作，消耗电能，并产生热量，使得整个装置产生的热能较大，不能较好的满足使用需求，且运算放大器使用得越多功耗越大，产生的热能越多，对于电子产品而言这是极为不利的，严重影响产品的使用寿命及应用环境。

为了解决尺寸及散热问题，实用新型人经过不断研究，进行多方尝试，最终提出了另一种较优的实施方式。

参见图2，本实用新型实施例提供的一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，可以包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有增益独立可调的放大器，其中，每个通道的输出端连接的增益独立可调的放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，所述放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。较佳的，三极管优选微波三极管，可实现高速度高带宽的放大，且噪声低。先通过微波三极管对信号进行放大，再通过衰减电阻对放大后的信号进行衰减，最终使得输出的信号的整体增益一致。

将放大器设计为信号放大电路和信号衰减电路两部分，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，三极管对每个通道输出的信号进行信号放大，衰减电阻对信号进行衰减，以使得每个通道输出的信号的整体增益相一致。采用三极管与衰减电阻配合使用的方式对信号进行增益补偿，极大的减小了整个装置的结构尺寸，降低了整个装置的功耗及产生的热能，特别是对于具有几十上百个通道的光电探测装置而言，整个装置的结构尺寸减小及功耗降低的效果更为明显，对于电子产品而言具有重要意义。本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，不仅实现了多通道光电探测装置整体增益的一致性，而且结构较小，功耗低，满足了现代对电子产品的小尺寸、低功耗的要求。

再利用包括三极管和衰减电阻的放大器对各个通道输出的信号进行增益补偿时，可以先通过三极管对信号进行信号放大，再通过衰减电阻对放大后的信号进行信号衰减，或者也可以先通过衰减电阻对信号进行信号衰减，再通过三极管对衰减后的信号进行信号放大，最终使得各个通道的输出信号的整体增益一致。

由于三极管的放大性能与温度相关较大，为了保障三极管的信号放大性能稳定性，较优的，本实用新型实施例提供的实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置还可以包括一个恒温装置，利用该恒温装置使各个信号放大电路中的三极管处于恒温环境中。

在晶体管时代，三极管几乎被淘汰，不被技术人员所使用。且三极管放大的增益一致性比运算放大器差很多，更不会有人想到使用三极管进行信号放大。实用新型人经过不断尝试研究，在本实用新型实施例中，通过三极管与衰减电阻的配合使用，不仅实现了各个通道输出的信号的整体增益一致，而且整个装置的体积小，耗能低，解决了散热问题，实现了技术突破。

参见图3，本实用新型实施例提供了又一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，可以包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，相邻两个通道的输出端连接的放大器共用一个所述信号放大电路，每个通道的输出端连接的放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。

将放大器设计为信号放大电路和信号衰减电路两部分，相邻两个通道通过共用信号放大电路对各自输出的信号进行相同程度的信号放大(两个通道的信号交替进行信号放大)，再通过各自的信号衰减电路分别对各自放大后的信号进行不同程度的衰减，以使得每个通道输出的信号的整体增益相一致。相邻两个通道的输出端连接的放大器通过共用信号放大电路，使整个装置的结构尺寸进一步减小，进一步降低了整个装置的功耗及产生的热能。

本实施例提供的方案中，相邻两个通道共用一个信号放大电路，便于信号放大电路的布局设置，容易理解的，可以任意两个通道共用一个信号放大电路，也可以多个通道共用一个信号放大电路，本实用新型实施例对此不做限定。

图3所示的结构中，信号放大电路先与各通道的输出端连接，先对个通道输出的信号进行相同程度的放大，再与各个信号衰减电路连接，对放大后的信号进行不同程度的衰减。作为另一种实施方式，也可以各个信号衰减电路先与各通道的输出端连接，先对个通道输出的信号进行不同程度的衰减，再与各个信号放大电路连接，对衰减后的信号进行相同程度的放大。

较佳的，每个通道的输出端连接的放大器的信号衰减电路中的衰减电阻的阻抗匹配，这样能实现在信号输出传输线上的反射减小。

本实用新型实施例还提供了一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的方法，包括步骤：

分别对所述多通道光电探测装置的每个通道输出的信号进行增益补偿，使得每个通道输出的信号的整体增益一致。

例如，G_1n为所述多通道光电探测装置的第n个通道的原始增益，G为所述多通道光电探测装置的每个通道的整体增益，那么所述多通道光电探测装置的第n个通道输出的信号需要进行增益补偿的增益为G_2n，G_2n＝G÷G_1n，n为自然数。

实现分别对所述多通道光电探测装置的每个通道输出的信号进行增益补偿的方式可以有多种，例如，作为一种实施方式：

分别对所述多通道光电探测装置的每个通道输出的信号采用增益独立可调的放大器进行一次信号放大，使得每个通道输出的信号的整体增益一致。

具体的，可以通过在每个通道的输出端连接一个增益独立可调的由至少两个运算放大器实现的放大器，各个通道的输出端连接的放大器对各个通道输出的信号进行一次信号放大。

作为另一种实施方式：

利用各个通道的输出端连接的组成放大器的信号放大电路分别对各自通道输出的信号进行信号放大。

实现时，每个通道的输出端分别连接增益独立可调的放大器，放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，信号放大电路包括三极管，优选采用微波三极管对各自通道输出的信号进行信号放大。

再分别利用各个通道的输出端连接的组成放大器的信号衰减电路对各自通道输出的放大后的信号进行信号衰减，以使得每个通道输出的信号的整体增益一致。

实现时，信号衰减电路包括衰减电阻，通过衰减电阻对放大后的信号进行信号衰减。

类似的，作为另一种实施方式：

分别利用各个通道的输出端连接的组成放大器的信号衰减电路对所述多通道光电探测装置的每个通道输出的信号进行信号衰减；

再利用各个通道的输出端连接的组成放大器的信号放大电路分别对每个通道输出的衰减后的信号进行信号放大，使得每个通道输出的放大后的信号的整体增益一致。

本发明实施例提供的方法，通过对所述多通道光电探测装置的每个通道输出的信号进行不同程度的增益补偿，可以实现每个通道输出的信号的整体增益一致。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种实现多通道光电探测装置整体增益一致性的装置，其特征在于，包括多通道光电探测装置，所述多通道光电探测装置的每个通道的输出端连接有放大器，所述多通道光电探测装置的第n个通道的输出端连接的放大器的增益为G_2n，G_2n＝G÷G_1n，其中，G_1n为所述多通道光电探测装置的第n个通道的原始增益，G为所述多通道光电探测装置的每个通道的整体增益，n为自然数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个通道的输出端连接的放大器为增益独立可调的放大器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，所述放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述三极管为微波三极管。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，任意两个通道的输出端连接的放大器的衰减电阻的阻抗匹配。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述放大器为运算放大器。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个通道的输出端连接的放大器包括信号放大电路和信号衰减电路，所述信号放大电路包括三极管，所述信号衰减电路包括衰减电阻，相邻的至少两个通道的输出端连接的放大器共用一个所述信号放大电路，每个通道的输出端连接的放大器的增益为所述信号放大电路的增益与所述信号衰减电路的增益的乘积。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，相邻的两个通道的输出端连接的放大器共用一个所述信号放大电路。

9.根据权利要求3-8任一所述的装置，其特征在于，还包括使所述三极管处于恒温环境的恒温装置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多通道光电探测装置为多阳极光电倍增管或者多通道光子计数管或者多通道的雪崩光电二极管或者多个单独的光电倍增管。